黄土坡面径流侵蚀泥沙的空间动态及其尺度关系

为认识近自然非治理状态下坡面系统径流侵蚀输沙的空间变化及其尺度关系,以黄土高原丘陵沟壑区团山沟集水区为例,筛选28次全坡面径流侵蚀产沙事件,选取或构建8类径流参量,建立了基于事件的尺度间的水沙关系,对径流泥沙动态进行量化描述.研究结果表明,输沙模数、平均及最大含沙量均在全坡面尺度达到最大值,变异系数则达到最小值.坡面土...     

径流侵蚀功率理论在不同尺度坡面侵蚀产沙中的应用

基于次暴雨洪水过程中径流深、洪峰流量模数2个的重要水文特征参数,提出了用以描述坡面次暴雨水蚀动力的径流侵蚀功率的概念,并以岔巴沟流域团山沟不同空间尺度径流场历年实测次暴雨径流泥沙资料为基础,分析了径流侵蚀功率与坡面径流场次暴雨侵蚀模数之间的相关性,提出了适用于坡面次暴雨侵蚀产沙计算的基于径流侵蚀功率的坡面次暴雨水沙响应关系.研究结果表明:径流侵蚀功率与坡面次暴雨侵蚀模数之间存在极显著的幂函数相关关系,径流侵蚀功率可以较好地表征坡面次暴雨水力侵蚀动力.本研究成果可为黄土高原坡面次暴雨侵蚀产沙模型侵蚀动力因子的确定提供参考.     

黄土丘陵沟壑区坡面水保措施及植被对流域尺度水沙关系的影响

根据黄土高原高含沙水流的特点，认为次暴雨的产沙模数和径流深可用线性正比关系式来表示，关系式中比例系数表示流域单位径流深的输沙能力、次暴雨过程中流量超过临界值后的稳定含沙量以及流域历次洪水的平均含沙量。在此模型基础上，以黄土丘陵沟壑区的王家沟的两个毗邻地貌相似的两条沟为研究区，其中一条沟为经治理而另一条则未治理。探讨各种坡面水土保持措施及植被对流域水沙关系的影响。结果表明，治理流域和非治理流域具有相同的水沙关系，被治理沟的植被等坡面措施在流域尺度上仅通过减水来减沙。这主要是因为植被等坡面措施不能显著改变沟道的输沙能力，且由于植被不能很好地控制沟谷侵蚀和重力侵蚀，使得水流进入沟道后又会获取充足的泥沙补充，达到和治理前相同的径流输沙能力。因此可以认为，在仅有植被和其它坡面治理措施的情况下，治理流域的减沙率可用减水率来估计。本文的实际计算表明，在多年平均尺度、年际尺度和次暴雨尺度这一方法都有较好的精度。     

黄丘区坡沟系统不同时间尺度下的侵蚀产沙特征

以黄土丘陵沟壑区桥沟流域坡沟系统为原型观测对象,利用流域内布设的不同地貌单元大型径流场定位观测设施,分析了坡沟系统不同地貌单元在年、次降雨时间尺度下的侵蚀产沙特征。结果表明,在年时间尺度上,不同地貌单元的侵蚀模数表现为：上半坡<下半坡<梁峁坡<沟谷坡<坡沟系统,水沙在不同地貌单元之间的传递中,径流输沙量往往小于径流输沙能力,径流侵蚀产生多少沙,就能输送多少沙;在次降雨时间尺度上,不同地貌单元侵蚀产沙的峰值可能出现在下半坡、沟谷坡或者坡沟系统,说明黄土丘陵沟壑区不仅在流域尺度上存在着非平衡输沙过程,在坡沟系统同样存在非平衡输沙现象。     

坡面调控措施下的水沙输出过程及减流减沙效应研究

为了了解坡面调控措施对其产流、产沙过程的减流减沙效应,通过坡面上方放水冲刷实验,研究不同放水流量下20聚流坑调控措施和裸地坡面产流、产沙过程以及径流携带泥沙的作用机制,运用起流时间、调控度、产流速率、输沙率定性指标阐明了调控坡面减流减沙效应,建立了次降雨输沙模数与径流量之间的水沙关系。本研究提出了"用水减沙比"概念与计算式,定性描述了调控措施拦截的径流量与减少的侵蚀量之间的复杂关系,揭示聚流坑工程措施在调控坡面径流的同时对侵蚀产沙的影响机制。     

五华河流域水土保持与河流泥沙变化分析

土壤被侵蚀后，经暴雨径流的搬运进入河流，导致水土流失并形成河流泥沙；河流泥沙的变化，与流域内的水土保持状况有着密切的联系。通过分析五华河流域的降雨、径流、泥沙等水沙对应关系，重点分析该流域内水土流失治理工作前后的水沙变化情况及变化规律，建立流域年径流产沙关系，分析流域的水土保持减沙效益。     

基于物理过程的分布式流域水沙预报模型

将分布式水文模型与土壤侵蚀产沙模型相互嵌套,构建了一个分布式流域水沙预报模型。模型基于DEM,将流域离散为“坡面+ 沟道”系统,采用“+ 1 ”分级方法将沟道组织为河网,实现了流域水沙预报的并行计算。坡面单元划分为植被层、地表层、非饱和带和地下水层,模拟了降雨、截留、蒸散发、入渗、地表径流、壤中流和地下水、各种形式的侵蚀产沙及泥沙输移;沟道进行汇流演算以及泥沙输移。模型在李子溪流域对长系列降雨的模拟结果表明,模型的水文模块模拟精度良好,侵蚀产沙模块模拟效果基本令人满意。     

坡沟侵蚀水沙搭配关系的阶段性特征研究

坡沟系统是侵蚀产沙规律研究和水土保持生态治理的基本单元,研究坡沟系统侵蚀水沙搭配关系的时段特征,对于因地制宜适时布设水土保持措施具有重要意义。采取人工降雨模拟试验方法,分析了3种不同雨强下坡沟系统土壤侵蚀的产流产沙过程和侵蚀过程中水沙搭配关系的阶段性特征。结果表明:一定的下垫面条件下,在坡沟系统土壤侵蚀过程中存在雨强临界点,小于临界雨强时,产流产沙量随雨强的增大而急剧增大,雨强越大,侵蚀发育阶段进展越快,超过临界雨强时产流产沙量随雨强的增大和侵蚀发育的演进均有所减弱;雨量和雨强均为影响侵蚀产沙过程的重要因素,试验条件下,雨强对产流速率和产沙速率的作用系数分别是累计降雨量对其作用系数的2.1倍和2.2倍,说明雨强对产流产沙的影响更大;准浅沟侵蚀阶段的坡沟侵蚀水沙搭配关系明显不同于面蚀和细沟侵蚀阶段,同一径流量下,准浅沟侵蚀阶段的产沙量明显增大。     

WEPP模型的侵蚀模块理论基础

WEPP模型是描述土壤水蚀物理过程的美国新一代水蚀预报模型,其中的侵蚀模块对于定量刻画黄土高原坡面侵蚀过程和建立以物理过程为基础的侵蚀预报模型具有重要的借鉴价值。WEPP坡面侵蚀模型将地表径流分为细沟流和细沟问径流,建立了计算土壤侵蚀及沉积净值的稳态空间变化泥沙平衡连续方程,并进一步外延和推出了随着空间位置不同而变化的方程基本参量、侵蚀参量标准化形式以及泥沙平衡方程通用表达式,可以较好地反映坡面侵蚀产沙时空分布。     

黄土地区流域产沙的数学模型

泥沙及污染物质在自然界搬运、输移,主要依靠运动水流冲刷、挟带来完成.在坡面上一场降雨以薄层漫流形式汇集到沟壑,其流量集中,单位水体侵蚀、挟沙能力迅速增大.本文为了描述象这样的黄土地区径流形成过程中两种不同形式,首先将流域分为面蚀区和重力侵蚀区,然后直接应用干旱地区流域水文模型计算的净雨过程覆盖在坡面面蚀区域上,建立了在坡面层状漫流过程中它所形成的泥沙层状剥蚀、推移质运动方程以及地表流汇集到沟壑河网后,穿过重力侵蚀区的沟蚀悬移质运动方程.本文在这里指出流域产沙主要是由这两种方式引起的. 最后结合岔巴沟流域产沙计算的例子,本文总结了流域下垫面因素对流域产沙量的影响.     

黄土区坡面侵蚀时空分布与上坡来水作用的实验研究

本文采用多坡段模型，运用模拟降雨实验方法研究了坡面侵蚀时空分布特征和上坡来水来沙的侵蚀作用，结果表明：坡面各部位的侵蚀方式与雨强密切对应。定量分析得出径流量、产沙量与坡度呈对数关系，与坡长呈线性关系，与雨强呈幂函数关系，建立了产沙量与坡度、雨强及径流量的关系式。同时也建立了产沙量、产沙增量与上坡来水来沙的关系方程，上坡来水使梁峁坡和谷坡产沙量增大了20.2%～63.5%和42.9%～74.5%。     

坡沟系统侵蚀产沙及其耦合关系研究

利用变坡度坡沟系统模型和人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下的坡沟系统产流产沙过程,揭示了坡面沟道侵蚀产沙耦合特征。结果表明:坡沟系统累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系,随着降雨时间的增大而增大。梁峁坡面来水径流量与沟坡净侵蚀量之间呈幂函数关系,梁峁坡面来水含沙量与沟坡净侵蚀量之间呈反线性相关。从水力学角度对坡沟系统单位水流功率与单宽输沙率的关系进行了分析,得出试验条件下的临界单位水流功率值为0.0043m/s,输沙率随单位水流功率的增大而增大。     

径流泥沙的成因分割估算模式

从降雨对径流的形成，坡面的侵蚀和泥沙的输移过程出发，将径流分割为地表径流及地下径流；     

岔巴沟流域植被变化特征及其对水沙的影响

基于30 m×30 m分辨率陆地卫星(Landsat)遥感数据分析1987—2018年岔巴沟流域植被覆盖度的时空演变特征并生成流域土壤面蚀等级图,分析其对流域产流产沙的影响。结果表明:岔巴沟流域植被覆盖度整体呈现快速增长趋势,从1987年的24.7%增加至2018年的53.1%;流域植被覆盖度构成发生很大转变,2002年以后中、高覆盖度区域比例大幅上升,增长主要集中在丘陵沟壑地区;随着植被覆盖度的增长,流域产流产沙呈现减少趋势,地表面蚀有所减少,植被对产沙影响大于对产流影响。     

Tank Model for Sediment Yield

A tank model consisting of three tanks was developed for prediction of runoff and sediment yield. The sediment yield of each tank was computed by multiplying the total sediment yield by the sediment yield coefficients; the yield was obtained by the product of the runoff of each tank and the sediment concentration in the tank. The sediment concentration of the first tank was computed from its storage and the sediment concentration distribution (SCD); the sediment concentration of the next lower tank was obtained by its storage and the sediment infiltration of the upper tank; and so on. The SCD, caused by the incremental source runoff (or the effective rainfall), was obtained by the theory of the instantaneous unit sediment graph (IUSG) and a sediment routing function. Using the SCD, the sediment yield was computed from the tank model as well as by the IUSG model. The sediment yield obtained from the tank model was then compared with that from the IUSG model. Finally, the tank model was verified on an upland watershed in northwestern Mississippi.     

坡面径流与产沙量影响因素分析——以甘肃省定西安家沟流域为例

以黄土丘陵沟壑区安家沟流域坡沟系统作为研究对象,采用多元线性回归与单因素方差分析了植被类型、坡度、降水平均强度、降水历时等因子对径流量与产沙量的影响。结果表明:不同植被类型条件下坡面径流量、产沙量的组间F检验值分别为3.873,3.930,均在0.05水平下差异显著;不同坡度的坡面径流量与产沙量的F检验值均大于1,径流量与产沙量均值存在差异;不同植被类型条件下径流量与产沙量的泊松相关系数R值均高于0.6(Sig.=0.00),二者存在显著相关关系,产沙量随径流量的增加而增加;不同植被类型下各影响因子与产沙量多元回归拟合度的R2均较高,说明各类因素可以较好地解释产沙量的变化,尤其天然草地相关性最大,R2值达到0.95并在0.05水平下显著。研究结果为黄土高原水土流失治理提供了一定理论参考。     

祖厉河流域水沙状况及其对黄河安宁渡断面含沙量的影响

分析了近50年祖厉河流域出口断面靖远水文站的年径流量、年输沙量,总体来看,年径流量和输沙量均表现为下降趋势,径流量与输沙量关系密切,直接影响到该流域输沙量的变化。同时,近50年来,祖厉河泥沙进入黄河后在较大时段内呈扩散状态,且黄河安宁渡断面含沙量在一定程度上取决于祖厉河入黄口的水沙状况。     

人类活动对无定河流域不同地貌区水沙变化的影响

为了研究人类活动对无定河流域不同地貌区水沙变化的影响,选择无定河流域内风沙区海流兔河和黄土丘陵沟壑区大理河代表水文站1956-2010年的水文泥沙实测数据。采用Mann-kendall和Pettitt法分别对水文泥沙数据进行趋势分析与突变检验,确定发生突变的临界年份,再利用双累积曲线法的回归方程定量确定人类活动对两种地貌区水沙变化的影响。结果表明:风沙区代表水文站韩家峁站控制流域的面降水量、年径流量和输沙量发生突变的临界年份分别为1970年、1985年和1986年;黄土丘陵沟壑区代表水文站绥德站控制流域的面降水量突变的临界年份为2000年,而年径流量和输沙量临界年份均为1971年。与基准期相比,风沙区年径流量与输沙量分别减少10.02%和43.90%;黄土丘陵沟壑区年径流量与输沙量分别减少21.03%和40.20%。人类活动对风沙区的减水和减沙效益分别为21.74%和81.43%,对黄土丘陵沟壑区的减水和减沙效益分别为27.12%和58.46%。     

岔巴沟淤地坝小流域重力侵蚀产沙量分析

以黄土高原典型流域中重力侵蚀产沙量为研究对象,选择岔巴沟流域中6个淤地坝小流域作为研究流域,以坝库中1978—2001年共22年泥沙淤积量作为流域总泥沙侵蚀量,采用中国土壤侵蚀流失模型(CSLE)并考虑沟蚀因素计算水力侵蚀量,将水力与重力侵蚀产沙量区分开来。研究结果表明:6个小流域中重力侵蚀产沙分别占流域总侵蚀产沙量的0%、51.0%、54.1%、59.0%、65.0%和67.0%;小流域中重力侵蚀产沙量与32°的沟坡面积具有显著的线性正相关关系,沟坡坡度是重力侵蚀的控制性因素,降低沟坡坡度能够显著地减少流域产沙量。